自融雪纤维沥青路面在山区公路中的应用研究

郭志东 （蓟州城投公司，天津 301900）

0 前言

冰雪天气下的路面积雪、结冰现象给交通出行造成了巨大安全隐患，根据相关部门统计，每年在冰雪天气下发生的交通事故可达数千起，给人民生命财产安全造成了巨大损失。因而研究一种经济环保型自融雪沥青路面技术，降低路面事故隐患机率，增强路用性能的安全性就显得日益迫切和重要。

传统机械被动除雪存在着效率低、降滑效果差、成本高等实际问题和缺陷，而撒布氯盐融雪剂又存在着污染环境，腐蚀路边植被等生态环保问题，而美国研究生产的钙镁乙酸盐（CMA）融雪剂虽具有良好的融雪、环保效果，但由于提取工艺复杂，又存在着价格昂贵推广困难的实际问题。因而结合本土特点研究一种经济环保型自融雪沥青路面是非常必要的。

1 盐化物掺纤维沥青混凝土路面融雪机理

在沥青混合料中添加不足以对路用性能产生影响的氯化钙剂量，并通过纤维导电粒子搭接成链形成电流传导通路。混合料中盐分在车辆通行碾压作用下和自由基毛细管压力作用下通过沥青混凝土的孔隙析出，大大降低路面冰雪物质的冰点；同时析出物和路面冰雪物质充分接触，电导速率加速提升达到融化温度从而发生冰雪融化反应。

2 自融雪纤维沥青混凝土配合比质量控制

2.1 原材料技术要求

融雪剂主打成分采用氯化钙为冰点下降剂，聚酯纤维作为导电介质联接物，沥青采用天津市恒悦化工有限公司产70号A级道路石油沥青，矿粉选用华阳矿粉厂产石矿粉，石料为蓟县产石灰岩粗、细集料。各项主材的技术性能指标如表1～表4所示。

表1 70号A级道路石油沥青性能指标

表2 粗集料技术性能指标

表3 细集料技术指标

表4 氯化钙融雪剂主要技术指标

2.2 配合比设计参数确定

根据文献研究成果，盐分析出液的电导率随沥青混合料空隙率的增大而提高，但过快的析出速率往往会对路面造成污染性破坏，研究表明孔隙率在4%时可得到最佳溶析导电效果。纤维掺量通过试配比对确定为0.3%为最佳掺量。

同时运用1%递增试配法对1%～3%氯化钙融雪剂掺量下的沥青混凝土路用性能进行试验比对，可得数据如下：

表5 不同CaCl2掺量下的路用性能影响分析

由以上试验比对分析情况不难看出，掺量在1%～3%的CaCl2融雪剂不会对沥青混凝土路用性能造成大的影响，而突破3%之后则对沥青混凝土路用性能损害加大，使路面逐渐丧失水稳定性。因而根据试验比对成果及实践效果，确定自融雪沥青混合料CaCl2最佳掺量为2%，矿粉与CaCl2总掺量为4%。

根据筛分及级配试验比对，得到自融雪沥青混凝土AC-13矿料级配表及级配曲线如表6所示。

得到级配曲线如图1所示。

在上述级配标准要求下，根据不同油石比条件下马歇尔试验比对验证，确定沥青混凝土最终配合比参数为：

表6 自融雪矿料筛分配比结果

表7 自融雪沥青混凝土AC-13配合比成果

图1 自融雪混合料矿料级配曲线图

最佳油石比下马氏试件毛体积相对密度为2.419。

3 生产施工过程质量控制

3.1 混合料生产过程质量控制

自融雪沥青混凝土拌制过程中严格控制沥青油温在165℃～175℃之间，矿料加热温度在180℃～190℃范围内。同时计量好冷集料含水量，据以调整冷料进料数量和烘干加热时间，确保烘干后集料比例满足级配要求，且集料残余含水量小于0.2%的质量标准。

将计量好的CaCl2融雪剂与聚酯纤维予以分袋包装，在拌和过程中以人工投放方式从设备观察口投入，控制干拌时间在8s～12s，湿拌时间40s～45s，总拌和时间≥50s.当遇有严重溢料现象发生，必须停产查明原因，及时调整配合比，直至符合设计要求后才能重新予以生产。

3.2 混合料施工过程质量控制

自融雪沥青混凝土拌合料运输时必须苫盖，确保到达工程现场油温不低于170℃，摊铺温度在165℃以上。摊铺多采取单机全幅摊铺方式；若采用2台机器梯队摊铺的方式，则必须保证两台摊铺机型号相同，且前后距离控制在10～20m范围内，搭接缝宽控制在3～6cm之间；摊铺速率掌握在1.0～2.0m/min范围内，且匀速不间断地缓慢进行。

碾压工艺多选用钢轮压路机以3～4km/h（0.83～1.11m/s）的速度静压完成。初压温度控制在不低于160℃环境条件下，且匀速前行，禁止进行振动或随意调头等操作，防止推移和裂缝等沥青混凝土病害的发生。复压2～3遍后紧接着进入终压环节，确保终压完成温度保持在90℃以上。整个碾压过程总碾压遍数在8遍以上，压实效果达到98%标准要求，且在终压阶段消除轮迹，确保平整度指标在《公路工程质量检验评定标准》要求范围内。

4 应用效果分析

津围公路蓟北山区段2018年应用CaCl2盐化物掺纤维沥青混凝土材料进行养护维修，经一个冬季观测体验，1cm厚积雪路面在2h左右完全融化，附近植被污染发生率为0，生态环保性得到很大程度的满足和体现。应用该工艺后，山区路段因积雪结冰路滑导致的事故发生起数下降为0，大大提升了山区公路冬季运营的安全性和保证率系数，为百姓出行和商贸活动提供了良好的基础条件。

同时从技术经济角度考虑，CaCl2及聚酯纤维均可在工业品市场上优选获得，成本及原材品质可控，生产成本与冰雪条件造成动辄数十万甚至上百万的损失相比，应用自融雪沥青混凝土路面工艺具有更大的经济效益性。实践效果表明，CaCl2盐化物掺纤维的自融雪沥青混凝土路面工艺是环保可行的，值得在山区公路养护工程及建设施工中予以推广应用，更好造福山区经济发展。

5 研究结论

通过对自融雪配合比工艺的甄选和试验比对，并在实际工程中实践应用，得到研究结论如下。

①2%掺量下的CaCl2自融雪纤维沥青混凝土高温稳定性与水稳定性满足公路技术标准要求，且具有良好的融雪功效，可保证在环境无污染的条件下迅速融化路面冰雪，能够确保冰雪气候条件下的行车安全性。

②以津围北山区路段应用为依托，提出了CaCl2自融雪纤维沥青混凝土施工控制技术标准和要求，为规范自融雪沥青混凝土施工工艺行为，提升质量水平和路用性能奠定了坚实基础。

③经技术经济比较分析，CaCl2自融雪纤维沥青混凝土降低了冰雪天气交通事故发生率，提升了运营安全性，取得的社会安全效益远高于投入的施工成本和材料成本，具有较好的效益性和可推广性。